Im Jahr 2009 tauchte ein Verkäufer aus China bei ebay.com auf, der eine größere Menge „Efratom LPRO-101 Rubidium time base“ gebraucht, ca. 10 Jahre alt angeboten hat. Der günstige Preis von etwa 40 US$ und der Fakt, dass man im Labor eine gute Zeitbasis für einige Geräte benötigt, haben mich nicht lange zögern lassen, ein solches Modul zu bestellen. Mittlerweile hat sich der Preis übrigens verfünffacht. Nachdem es angekommen war, habe ich angefangen, eine Schaltung rund um das Modul zu entwickeln, um andere Messgeräte mit einem stabilen Takt zu versorgen.
Dieses Projekt nutzt einen 10MHz Rubidium Frequenzstandard als Zeitbasis. Mehrere Ausgänge mit unterschiedlichen Pegeln können für verschiedene Messgeräte oder Testaufbauten genutzt werden. Eine eingebaute Cypress CY22150 CyberClock PLL nutzt die 10MHz Referenz und stellt 6 TTL-Ausgänge mit 2,5V und 3,3V Pegel bereit. Diese können dann nahezu jede beliebige Frequenz zwischen ca. 100kHz und 200MHz liefern. Die PLL wird von dem eingebauten Atmel ATMEGA644 programmiert.
Zusätzlich gibt es einen USB-Port, über welchen die PLL alternativ programmiert werden kann mit der Software aus dem Projekt „CyberClock CY22150 mit USB und Steuersoftware“. Für den USB zu I2C Adapter habe ich auch hier „I2C-Tiny-USB“ verwendet, entwickelt von Till Harbaum mit verfügbaren Treibern für Linux, Windows und MacOS. Auf der Homepage von I2C-Tiny-USB kann auch die Firmware für den ATTINY45 Controller gefunden werden.
Das Gerät verfügt über eine numerische Tastatur, vier Hotkeys und einen Drehencoder für eine menügeführte Bedienung. Ein LCD-Display zeigt die aktuellen Ausgangsfrequenzen und den Status an. Die Temperaturen von Gehäuse und Kühlkörper werden durch 1-Wire Temperatursensoren DS18B20 überwacht. Drei LEDs signalisieren Betriebszustand, Warnungen und Fehler.
Der Gerätestatus wird fortlaufend in einem FRAM RAMTRON FM24CL04 gespeichert. Der letzte Status wird automatisch beim Einschalten wiederhergestellt. Es können bis zu 8 Setups gespeichert und wieder abgerufen werden.
Technische Daten
Ausgänge
- 1x 10MHz Referenz Ausgang, 1,56Vpp, Sinus
- 3x 10MHz Referenz Ausgang, 3,11Vpp, isoliert, Sinus, Vout einstellbar
- 2x 10MHz Referenz Ausgang, 5V TTL
- 2x 10MHz Referenz Ausgang, 3,3V TTL
- 4x CY22150 PLL Ausgang, LCLK1..4, 2,5V
- 2x CY22150 PLL Ausgang, CLK5..6, 3,3V
Zeitbasis
- Efratom LPRO-101 Rubidium Frequenzstandard
Stromversorgung
- 24V, 2,5A DC
Die Firmware für den integrierten Mikrocontroller ATMEGA644 ist für die Übersetzung mit avr-gcc in C geschrieben. Sie wurde mit „AVR Studio 4.15“, entwickelt, einer Entwicklungsumgebung für 8 Bit AVR-Controller von Atmel. Der Quellcode steht unter der „GNU General Public License (GPL)“ frei zur Verfügung und kann hier heruntergeladen werden.
Möglicherweise muss der Code angepasst werden für die aktuelle Version „Atmel Studio 7“. Die alten Entwicklungsumgebungen von Atmel sind aber immer noch hier verfügbar.
Projektbesonderheiten
- qualitativ hochwertige Bauteile für beste Performanz
- sehr geringe Verzerrungen
- geringer Jitter
- phasengleiche Ausgänge für die gleichen Typen
- Gerätestatus wird in FRAM gespeichert und beim Einschalten wiederhergestellt
- nichtflüchtiger Speicher für 8 Setups
- Programmierung der PLL über ein USB-Interface vom PC aus
- Grafische Bedienoberfläche für verschiedene Plattformen
Das Schaltbild kann hier heruntergeladen werden.
Rubidium-ClockDistribution_schematics.pdf
Ein geprüftes 2 Lagen Platinenlayout ist zusätzlich verfügbar.
Das Design im Format Protel 98 und die Gerber Plots der Platine können hier heruntergeladen werden.